【鋁博士網(wǎng)】發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)是中國能源戰(zhàn)略轉型的必由之路，這是我國能源資源稟賦現(xiàn)狀和能源革命大背景所決定的。我國煤炭資源和水資源呈逆向分布，以黃河中上游的山西、陜西、寧夏、內(nèi)蒙古4省區(qū)為例，這里煤炭資源占有量為全國總量的67%，因為煤炭資源豐富，所以近幾年這些省規(guī)劃了很多煤化工項目，但這里水資源僅僅占全國水資源的3.85%。此外，煤化工生產(chǎn)會產(chǎn)生大量的含鹽廢水，常規(guī)的污水處理工藝，鹽是無法降解的。目前黃河流域鹽含量累積已經(jīng)接近生態(tài)紅線，如果再不加以嚴格控制，不以零排放作為要求，隨著這些地區(qū)煤化工項目的發(fā)展，環(huán)境矛盾就會十分突出，黃河流域的生態(tài)治理將變得更困難。
2008年，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒布的GB/T21534-2008《工業(yè)用水節(jié)水術語》中對零排放解釋為企業(yè)或主體單元的生產(chǎn)用水系統(tǒng)達到無工業(yè)廢水外排。可以理解為，零排放就是將工業(yè)廢水濃縮成為固體或濃縮液的形式再加以處理，而不是以廢水的形式外排到自然水體。目前國內(nèi)廢水零排放工程，普遍投資較大且成本較高。國內(nèi)首家已建成但還未真正實現(xiàn)廢水零排放的神華集團有限責任公司煤制油項目在環(huán)保上投入達13.4億元，占到項目總投資的10%，試運行期間每噸有機廢水的處理成本超過5元，每噸含鹽水的處理成本則超過38元。
一、廢水零排放面臨的難題
污水達標排放與零排放是兩個完全不同的層次。零排放指通過科學的處理，實現(xiàn)全廠污水變淡水后回用，這才叫零排放。實現(xiàn)零排放主要依靠對終端污水生化達標處理后，再由通用技術雙膜法進行脫鹽處理，處理后返回生產(chǎn)系統(tǒng)進行利用。按目前的處理技術，一次脫鹽處理后僅有60%～70%的淡水能回用。如果真正的零排放還需要把剩余的30%～40%濃鹽水濃縮再處理進行回用。
目前，煤化工企業(yè)實現(xiàn)終端污水達標排放的占80%～90%，但這并不是零排放。脫鹽后60%～70%淡水回用的企業(yè)占煤化工企業(yè)數(shù)量的10%，這部分企業(yè)可以算接近了零排放，但也不是真正的零排放。對剩下的30%～40%濃鹽水再進行處理回用，才算是真正的零排放，但這部分企業(yè)極少極少。現(xiàn)在很多企業(yè)說自己零排放，實際上是脫鹽后60%～70%的淡水回用了，另外30%～40%濃鹽水外排了。這實際上是減排，不能稱零排放。目前，很多企業(yè)對含鹽濃水都沒有回用。
要實現(xiàn)真正的零排放，技術上不難，難的是以最少的投入、最低的運行費用達到最好的運行效果。目前，雖然有生物膜反應器、濕式氧化、等離子體處理、光催化和電化學氧化等技術，但普遍存在處理成本高的問題。
據(jù)大唐國際化工技術研究院有限公司介紹，大唐國際克什克騰40億/年煤制天然氣項目，每天排放的濃鹽水就接近4.8萬噸，相當于一個30萬～40萬人口城市一天的用水量。如果要實施零排放，對這部分濃鹽水進行回用，處理這部分水的費用每噸就要50元。圍繞選用成本低的零排放技術已經(jīng)論證了3年，目前還沒有結果。
據(jù)調(diào)查，寧夏的煤化工企業(yè)用水水源都來自黃河水，一次取水價格一般在2.86元/立方米。如果實施真正的零排放，水處理成本必定要高于一次水取水價格。面對大大增加的水處理投入，大部分企業(yè)在最后這一階段放棄了再次治理，等于放棄了零排放的最后沖刺。而一旦放棄了零排放的最后沖刺，也等于放污染這只虎歸山。據(jù)調(diào)查，陜西榆林某年產(chǎn)60萬噸/年甲醇的煤化工企業(yè)污水回用工程采用一級三段式反滲透裝置，污水回收率達到85%，這在業(yè)內(nèi)也算很高的了，但是還有15%的廢水仍然要排放掉。這15%的廢水等于濃縮了六七倍，廢水里面的污染物也等于擴大了六七倍。
近一段時間，煤化工“零排放”的問題引起業(yè)內(nèi)廣泛關注?！傲闩欧拧奔夹g已經(jīng)有無數(shù)論著來倡導了，它是一種“工業(yè)理想”大致是沒有爭議的。廢水“零排放”，在國外叫Zero Liquid Disge，簡稱ZLD，即液體零排放。這種技術的出現(xiàn)是因為客觀存在“硬需求”，即在以下環(huán)境中不得不考慮ZLD：當?shù)丨h(huán)境保護要求特別嚴厲；企業(yè)靠近當?shù)鼐用窠踊蝻嬘盟?水庫)；十分缺水的地區(qū)，如果開發(fā)新的水源供水比全部回收排水還昂貴時；公眾對工廠排污十分反感；納污能力緊缺或當?shù)丶{污指標已經(jīng)用完。而煤化工企業(yè)往往就是符合其中一種或多種條件，就不得不考慮ZLD。
ZLD技術在國外已有成熟的經(jīng)驗，美國資源保護公司(RCCI)自1974年以來已在美國和其他一些國家的170多座火力發(fā)電廠實現(xiàn)了“零排放”，上世紀末也在煉油廠、化工廠、煤礦、鈾礦、煉銅廠實施“零排放”。本世紀，這家公司被美國通用電氣公司(GE)并購，我國神華集團鄂爾多斯煤直接液化項目就采用了該公司的ZLD技術。
ZLD(污水處理零排放)技術目前掌握在GE, VEOLIA, AQUOTECH這三大家手中，始終是我們追趕的對象。
二、煤化工廢水“零排放”處理技術環(huán)節(jié)
現(xiàn)代煤化工企業(yè)廢水按照含鹽量可分為兩類：
一是高濃度有機廢水。 主要來源于煤氣化工藝廢水等, 其特點是含鹽量低、污染物以COD為主；
二是含鹽廢水。主要來源于生產(chǎn)過程中煤氣洗滌廢水、循環(huán)水系統(tǒng)排水、除鹽水系統(tǒng)排水、回用系統(tǒng)濃水等,，其特點是含鹽量高。
煤化工企業(yè)要實行廢水零排放，首先要解決的就是脫鹽問題。據(jù)內(nèi)蒙古環(huán)境科學研究所、徐州水處理研究所介紹，煤化工裝置達標排放的廢水，雖然COD、氨氮等達到環(huán)保外排標準，但水里面含有NaCl、Na2SO4 、CaCl2、MgSO4、MgCl2等鹽類，這些鹽類溶解度較大，一般不會沉淀，更不會蒸發(fā)，直接回用會引起設備的結垢、腐蝕和軟泥沉積等，必須進行脫鹽處理。廢水如不經(jīng)脫鹽處理，只能用于煤、灰增濕及沖洗路面或沖廁所，但是這些用途的消耗量也很有限。煤化工企業(yè)如果僅停留在這個回用層次上，也就談不上廢水零排放。但是，要進行脫鹽處理就必須上脫鹽裝置。舉例說，一個年產(chǎn)20萬噸的甲醇裝置如果再上脫鹽，至少需要再投資300萬元以上，噸水處理運行費用要達到2～3元，甚至高于一次水價格，這樣經(jīng)濟上不合算。很多企業(yè)在廢水達標后一般不愿意再上脫鹽裝置。
另外，即使對廢水采取脫鹽處理回用，也僅有60%～70%的淡水能回用，剩余30%～40%的濃水還需外排。據(jù)介紹，這是因為在脫鹽回用過程中，回用的廢水大約占廢水總量的2/3，脫除的鹽分都濃縮到剩余1/3水里。這些外排廢水中鹽分大，澆地后很容易造成土壤板結，嚴重時會使土壤鹽堿化。
煤化工廢水“零排放”處理技術主要包括煤氣化廢水的預處理、生化處理、深度處理及濃鹽水處理幾大部分。
預處理：由于煤氣化廢水中酚、氨和氟含量很高，而回收酚和氨不僅可以避免資源的浪費，而且大幅度降低了預處理后廢水的處理難度。通常情況下，煤氣化廢水的物化預處理過程有：脫酚，除氨，除氟等。
生化處理：預處理后，煤氣化廢水的COD含量仍然較高，氨氮含量為50～200mg/l，BOD5/COD范圍為0.25～0.35，因此多采用具有脫氮功能的生物組合技術。目前廣泛使用的生物脫氮工藝主要有：缺氧-好氧法(A/O工藝)、厭氧-缺氧-好氧法(A-A/O工藝)、SBR法、氧化溝、曝氣生物濾池法(BAF)等。
深度處理：多級生化工藝處理后出水COD仍在100～200mg/l，實現(xiàn)出水達標排放或回用都需進一步的深度處理。目前，國內(nèi)外深度處理的方法主要有混凝沉淀法、高級氧化法、吸附法或膜處理技術。
濃鹽水處理： 針對含鹽量較高的氣化廢水等，TDS濃度一般在10000mg/Ｌ左右，除了先通過預處理和生化處理以外，通常后續(xù)采用超濾和反滲透膜來除鹽，膜產(chǎn)水回用，濃水進入蒸發(fā)結晶設施，這也是實現(xiàn)污水零排放的重點和難點所在。
蒸發(fā)目前方式有自然蒸發(fā)和機械蒸發(fā)兩種方式。
自然蒸發(fā)：就是通過建設蒸發(fā)塘，在合適的氣候條件下，有效利用充足的太陽能，將高濃鹽水逐漸蒸發(fā)。目前設置蒸發(fā)塘的問題主要有：
占地面積大，存在占用土地資源及資源壓覆的問題；
為確保廢水有效蒸發(fā)，蒸發(fā)塘水深必須嚴格控制，隨著塘內(nèi)污水含鹽濃度提高，將導致蒸發(fā)效率下降；而煤化工建設地點多為西北地區(qū)，冬季溫度低，蒸發(fā)困難，到目前為止蒸發(fā)塘的容積設定一直是一個難題;
嚴格說，蒸發(fā)塘并非真正意義上的廢水“零排放”。蒸發(fā)塘作為大量廢水的集中儲存設施，存在污染物揮發(fā)，潰壩等風險，對地下水有潛在污染；
國內(nèi)蒸發(fā)塘的前期研究較少，目前成功運行的工程實例極少，設計和運行均缺少完善的規(guī)范、規(guī)定可循。
機械蒸發(fā)工藝：主要有多效蒸發(fā)工藝(MED)和機械蒸汽再壓縮工藝(MVR)。
多效蒸發(fā)(MED)是讓加熱后的鹽水在多個串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā)，前一個蒸發(fā)器蒸發(fā)出來的蒸汽作為下一個蒸發(fā)器的熱源并冷凝成為淡水，每一個蒸發(fā)器稱作“一效”，一般情況下，循環(huán)蒸發(fā)器的串聯(lián)個數(shù)(效數(shù))在3～5個。
機械蒸汽再壓縮工藝(MVR)是利用高能效蒸汽壓縮機壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的熱焓，并將二次蒸汽導入原蒸發(fā)系統(tǒng)作為熱源循環(huán)使用。該技術大幅度降低了蒸發(fā)器生蒸汽的消耗量，補充的生蒸汽也僅用于系統(tǒng)熱損失和進出料溫差所需熱焓的補充。
目前，機械蒸發(fā)技術在國內(nèi)已有少數(shù)工程案例，從運行情況看暴露問題有：
腐蝕和污堵問題嚴重，影響蒸發(fā)裝置的連續(xù)、穩(wěn)定運行。污水中的鈣、鎂離子和硫酸根離子、碳酸根離子、硅酸鹽等，蒸發(fā)結晶過程中，不斷濃縮達到共飽和產(chǎn)生硫酸鈣、碳酸鈣等附著形成垢層,極易污堵設備和管道。
運行成本高，多效蒸發(fā)的蒸汽用量和機械再壓縮工藝的藥劑量是兩種技術的主要消耗成本；
建設投資高，高溫下濃鹽水的強腐蝕性，對設備和材料選材要求高，導致設備材料費的增高。
煤化工行業(yè)因為原料煤的不同、生產(chǎn)工藝不同、設備形式不同，產(chǎn)生的污水水質(zhì)也不盡相同，在各個項目中不斷摸索積累，尋求一套高效、抗沖擊力、穩(wěn)定的工藝流程，研發(fā)出耐腐、高強、低耗的國產(chǎn)化設備，是煤化工污水處理領域的亟待解決的課題。只有低成本、連續(xù)、穩(wěn)定地實現(xiàn)污水零排放，才能更好地助推煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
廢水處理及高濃鹽分離結晶是目前制約新型煤化工行業(yè)發(fā)展的一大瓶頸。據(jù)統(tǒng)計，“十二五”期間，我國在新疆、內(nèi)蒙古、山西、陜西等地投資建設一批煤化工基地。因煤化工項目耗水量大，廢水成分復雜，煤化工行業(yè)的廢水排放問題成為環(huán)保治理的重點。而此前在“十一五”期間新建的新型煤化工項目，也還未見到廢水排放達到國家環(huán)保要求的報道，采用魯奇爐系列以及低溫裂解技術的新型煤化工項目廢水實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放的示范工程也極少。業(yè)內(nèi)專家將其歸因為：煤化工廢水處理零排放及高濃鹽分離結晶技術五花八門，但處理裝置均運行不穩(wěn)定，難以達標；沒有受納水體，難以零排放。
據(jù)哈爾濱工業(yè)大學介紹，目前煤化工濃鹽水來自中水回用裝置二級反滲透的濃水、循環(huán)水排污水以及化學水再生水等。高含鹽水含鹽量高達10000-50000mg/L，主要含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+、Mn2+、SO42-、Cl-、NO3-、NO2-等離子，其中Na+的濃度達到10000-40000mg/L，Cl-濃度可到10000-20000mg/L，SO42-濃度為10000-20000mg/L。煤化工濃鹽水的另一特點是COD 含量較高，為500-2000mg/L。
煤化工濃鹽水的高含鹽量導致其無法直接進入生化系統(tǒng)處理，同時高COD 對膜有腐蝕和損害作用， 也使其無法利用常規(guī)膜系統(tǒng)進行除鹽處理，COD 過高給蒸發(fā)結晶運行帶來困難，造成了煤化工濃鹽水難處理的現(xiàn)狀。
目前國內(nèi)多數(shù)企業(yè)采用蒸發(fā)結晶法處理高鹽廢水。高含鹽水經(jīng)蒸發(fā)器濃縮后送至蒸發(fā)塘自然蒸發(fā)或結晶器結晶成固體安全填埋。但高濃鹽水排放蒸發(fā)池會滲出對水源造成二次污染，且結晶固體組分復雜，摻雜有害物質(zhì)，并極易受潮解析進入環(huán)境，結晶固體需作為危險固體廢棄物進行危廢處理。對于每年產(chǎn)生3 萬-5 萬噸危廢物質(zhì)的企業(yè)，這一處理方法的處置成本約為2000元/噸，占蒸發(fā)結晶總費用的60%以上，煤化工企業(yè)很難承受。
威立雅水處理技術公司認為，真正實現(xiàn)液體“零排放”的關鍵在于濃鹽水的去向。目前很多企業(yè)采用蒸發(fā)塘處理濃鹽水。但蒸發(fā)塘有許多局限性，只適合于風大干燥荒涼地區(qū)的夏季采用。而煤化工項目要連續(xù)排放廢水，蒸發(fā)塘無法解決結晶鹽的問題。煤化工廢水最實際的處理方法應是結晶。煤化工零排放成分復雜，既有有機物，又有無機雜鹽，對結晶系統(tǒng)的工藝和設備設計有特殊要求。但對于有經(jīng)驗的公司來說，結晶是成熟技術，無技術風險，且結晶是傳統(tǒng)化工單元操作，煤化工企業(yè)容易掌握，目前的關鍵是解決結晶鹽的處置問題。此外，結晶過程中結晶器設計也很重要?；涟９こ碳夹g(中國)有限公司就結晶過程中的基本原理進行了分析，并指出提高鹽的純度跟結晶器的設計有直接關系。
針對煤化工濃鹽水中工業(yè)鹽回收利用上存在的難題，可推介一種煤化工濃鹽水資源化利用的新工藝。該技術的工藝流程分為6 步，首先采用鈍化工藝去除濃鹽水中的鈣、鎂等重金屬離子，之后再采用絡合工藝去除洗性硅及部分COD；將鈍化、鉻合后的濃鹽水酸性吹脫，讓CO32-、HCO3- 轉化為CO2，然后進入去除CO2 的裝置；調(diào)節(jié)pH 值后的濃鹽水進入凈化裝置，分離大部分雜質(zhì)；比較純凈的濃鹽水進入凈化裝置，去除大部分有機物和多價離子，得到較為純凈的濃鹽水；最后再采用制鹽行業(yè)的雜鹽分離技術，在高溫體系分離硫酸鈉、低溫體系分離氯化鈉，純凈的工業(yè)鹽實現(xiàn)回用。
三、煤制油廢水零排放舉例
典型現(xiàn)代煤化工企業(yè)廢水按照含鹽量可分為兩類: 一是有機廢水, 主要來源于煤氣化等工藝廢水及生活污水等，其特點是含鹽量低、污染物以COD為主、氨氮含量高，含有酚及多元酚等難生物降解物質(zhì);二是含鹽廢水，主要來源于生產(chǎn)過程中煤氣洗滌廢水、循環(huán)水系統(tǒng)排水、除鹽水系統(tǒng)排水、回用系統(tǒng)濃水等，其特點是含鹽量高。
煤制油工藝的廢水成分復雜, 主要處理氣化廢水、合成廢水、其他工藝排放的生產(chǎn)廢水、初期雨水和生活污水，需要去除廢水中油類物質(zhì)、氰化物、酚、氨和懸浮物等。煤制油廢水處理的技術特點見表1。
煤制油耗費水量可分為三部分，分別為化合水、冷卻水和蒸發(fā)水。目前百萬噸煤制油項目普遍標配循環(huán)冷卻系統(tǒng)，可最大化降低冷卻水用量。來自神華、中科合成油內(nèi)部消息顯示，經(jīng)過系統(tǒng)循環(huán)，噸油水耗可降至5噸左右。
伊泰鄂爾多斯煤制油示范項目噸油水耗大約為13噸。這主要是因為示范項目規(guī)模較小，配備節(jié)水設備并不劃算，而新上馬的煤制油項目，為采用先進節(jié)水設備形成了可能。中科合成油內(nèi)部資料顯示，未來的百萬噸級煤制油項目水耗標準要小于5噸。
未來煤制油水耗進一步降低空間主要在蒸發(fā)水部分，這一部分通過密閉水系統(tǒng)可最大化節(jié)約。據(jù)中科合成油透露，如采用密閉水系統(tǒng)，噸油水耗可降低到3噸左右，但同時也會為煤制油帶來更大的成本壓力。
1、技術工藝的整體配套工藝
煤化工廢水的處理及零排放由以下幾個系統(tǒng)組成：高效生物處理系統(tǒng)，膜處理系統(tǒng)，膜濃縮系統(tǒng)及蒸發(fā)結晶系統(tǒng)。
① 高效生物處理系統(tǒng)
生物處理系統(tǒng)的效果對于回用及零排放工藝的影響至關重要。對生產(chǎn)裝置排放的污水進行生化處理之前需經(jīng)過各自的預處理。預處理主要處理氣化廢水、合成廢水、其他工藝排放的生產(chǎn)廢水、初期雨水和生活污水，需要去除廢水中油類物質(zhì)、氰化物、氨氮、酚和懸浮物等。綜合廢水生化處理主要采用上海東碩擁有專利技術的水解酸化與A/O法相結合的一體化同步脫氮處理工藝。該同步脫氮組合工藝具有操作維護簡單、占地面積小、污泥產(chǎn)率低、泡沫問題小、運行費用低、穩(wěn)定性強等優(yōu)點。
本工藝流程關鍵技術有：
（1）污水預處理系統(tǒng)：各生產(chǎn)裝置排放的污水經(jīng)過各自的預處理工藝處理后進入綜合廢水的生物處理系統(tǒng)，有利于更好的發(fā)揮生化系統(tǒng)的作用。其中合成廢水經(jīng)隔油去除浮油后進入調(diào)節(jié)池，加堿調(diào)節(jié)pH后進入兩級氣浮進一步去除浮油、懸浮物及部分有機物，出水進入綜合廢水處理系統(tǒng);氣化廢水進入氣化調(diào)節(jié)池后由泵提升至絮凝沉淀池去除SS和硫化物，出水進入一級、二級氧化反應池進行脫氰氧化處理，脫氰后的出水進入綜合廢水處理系統(tǒng)。
（2）水解酸化池：各生產(chǎn)裝置排放的廢水經(jīng)過各自預處理系統(tǒng)處理后進入綜合廢水調(diào)節(jié)池均質(zhì)均量，并由廢水提升泵提升至水解酸化池，水解酸化作用對難降解的COD和多元酚有較好的適應性經(jīng)水解酸化反應后，廢水生化性提高、部分有機物被降解。
（3）AO脫氮工藝：廢水在沒有曝氣情況下，進入缺氧狀態(tài)，好氧池回流的硝化液回流至缺氧池進行反硝化脫氮反應，將亞硝酸鹽和硝酸鹽分解成氮氣釋放至大氣中。缺氧池的出水進入好氧池。通過對好氧池的鼓風曝氣作用，同時在好氧菌膠團的作用下，廢水中的小分子有機物被分解、氧化，生成二氧化碳和水，含氮化合物被氧化成亞硝酸鹽和硝酸鹽。通過A/O脫氮工藝可以改善難降解污染物的性質(zhì)，強化降解廢水中剩余的有機污染物。
（4）高效微生物(HSB)可直接處理高于常規(guī)生化法數(shù)倍濃度的有機廢水。經(jīng)多項實際工程運用證實，HSB對毒性抑制物的耐受能力遠高于常規(guī)自發(fā)性微生物，可承受較高濃度的氰化物、硫氰酸鹽、硫化物及酚等毒性抑制物濃度;HSB高效微生物具有完整的硝化、反硝化及厭氧氨氧化菌群，氨氮去除效率高于常規(guī)自發(fā)性微生物，故可有效處理低C/N較低的煤化工廢水。
② 膜處理系統(tǒng)
煤制油工藝有機廢水經(jīng)過上述流程處理后通常仍不能滿足回用標準, 需要再進行超濾及反滲透處理才能回用于循環(huán)冷卻水。生物系統(tǒng)的出水進入高密度沉淀池，池內(nèi)投加PAC、PAM和粉末活性炭，同時污泥回流，可以有效地增加系統(tǒng)的污泥濃度，增加污染物和絮凝劑、污泥的結合幾率，去除微小的污染物效果良好;經(jīng)過V型濾池和活性炭過濾器預處理的水質(zhì)可滿足后續(xù)進膜的要求，通過超濾裝置去除水中的懸浮物、膠體、細菌和微生物，產(chǎn)水進入反滲透裝置，利用反滲透膜的選擇透過特性除去水中絕大部分可溶性鹽分、有機物及微生物等，RO產(chǎn)水可回用，濃水進入膜濃縮系統(tǒng)進一步處理。
③ 膜濃縮系統(tǒng)
經(jīng)過膜處理回收后，剩余的高含鹽廢水處理通常采用膜濃縮或熱濃縮技術將廢水中的雜質(zhì)濃縮。目前高效反滲透(HEMCTec)在國外已經(jīng)有較廣泛的應用，但是目前在國內(nèi)的使用情況還不是很普及。高效反滲透具有運行穩(wěn)定、運行成本低(一般比傳統(tǒng)的RO要低15%～20%)、投資費用低(一般比傳統(tǒng)的RO要低30%)、占地空間小的特點，適用于高純水的制備以及廢水處理。其主要的流程是：通過軟化去除水中的硬度，然后再通過脫氣去處水中的二氧化碳，再加堿將RO進水的pH調(diào)到8.5以上。在這種模式下運行，RO的回收率通常能夠達到90%以上。
④ 蒸發(fā)結晶系統(tǒng)
膜濃縮后產(chǎn)生的濃液，含鹽量通常高達20%(質(zhì)量分數(shù))以上。國內(nèi)應用較多的濃液處置方式有蒸發(fā)結晶、焚燒、沖灰等。上海東碩環(huán)?？萍加邢薰揪C合國內(nèi)外最新技術研發(fā)的機械壓縮閃蒸蒸發(fā)器(CMVR)，以高效、節(jié)能、低成本的特性，廣泛應用于煤化工、石油化工等眾多行業(yè)的廢水零排放系統(tǒng)中。
本套蒸發(fā)系統(tǒng)由兩套熱交換器(輔交換器、主交換器)、高速循環(huán)泵、閃蒸器等組成。廢水經(jīng)由提升泵先進入輔交換器，經(jīng)過初步通入少量蒸汽將廢水升至特定溫度經(jīng)由主交換器進入閃蒸器，閃蒸器內(nèi)為負壓環(huán)境，閃蒸器末端設有高速循環(huán)泵，使廢水在輔交換器至閃蒸器內(nèi)部形成高速紊流循環(huán)，廢水以相當?shù)牧魉龠M入閃蒸器瞬間蒸發(fā)，產(chǎn)生水蒸汽及濃縮液。水蒸汽經(jīng)由蒸汽壓縮裝置升溫升壓后通入主換熱器，作為主換熱器熱源，再通入輔換熱器利用余熱給后續(xù)進入系統(tǒng)的廢水升溫，同時自身凝結成蒸餾水送至用戶用水點，從而達到蒸發(fā)回收的目的。系統(tǒng)產(chǎn)生的濃縮液排出通入結晶裝置，進行結晶處理并外運。CMVR技術具有如下優(yōu)點：外置加熱裝置；浸沒式沸騰工藝；高流速循環(huán)工藝;獨特的交換冷凝工藝；全程自動控制以及低能耗等。
本工藝技術方案于2013年3月23日經(jīng)過由中科合成油工程有限公司設計院、惠生工程(中國)有限公司、勝科(中國)投資有限公司組成的專家評審委員會評審，完全達到系統(tǒng)工藝技術要求，多項技術具有國際領先性，是煤化工行業(yè)第一套完整的廢水零排放系統(tǒng)。
2、應用實例及效果展望
大唐多倫煤化工項目
大唐多倫煤化工46萬噸煤基烯烴項目新增污水處理站工程，是中油東北煉化吉林設計院環(huán)境分院總承包項目，該項目從2011年7月開始動工建設，2013年6月成功結晶出鹽，是國內(nèi)首座煤化工廢水“零排放”成功運行項目，項目總投資是3.23億元。
水質(zhì)情況
污水處理站接納處理全廠甲醇、MTP、PP、氣化、脫硫等生產(chǎn)裝置及輔助設施的生產(chǎn)、生活污水。其水質(zhì)特點是水質(zhì)成分復雜、有機物含量高(COD=1500～3000mg/l)、含油濃度高(石油類100～200mg/l)、含鹽量大(TDS=10000～50000mg/l)，并且出水要求全部回用，出水水質(zhì)標準為COD≤20mg/l、BOD≤20mg/l、SS≤10 mg/l。
污水處理工藝簡介
該污水處理站的工藝流程，共包括三大系統(tǒng)，分別為：
低鹽污水處理系統(tǒng) ：規(guī)模700m3/h(日處理量16800m3)，采用“分質(zhì)預處理+膜生物反應+深度處理”的工藝技術，主要處理甲醇、MTP 等裝置高濃度、高含油的低鹽污水，出水回用至循環(huán)水裝置作補充水。
濃鹽污水處理系統(tǒng)： 規(guī)模200m3/h(日處理量4800m3)，采用“二級破氰除氟+膜生物反應+反滲透+納濾”的工藝技術，主要處理氣化、脫硫等裝置高含鹽、高懸浮物的污水，處理后凈水回用，濃水繼續(xù)處理。
蒸發(fā)結晶處理系統(tǒng) ：規(guī)模70m3/h(日處理量1680m3)，采用“機械壓縮再循環(huán)蒸發(fā)+機械壓縮降膜結晶”的工藝技術。主要處理濃縮后的濃鹽水，最終形成結晶鹽，和脫水后的污泥一同外運堆埋。
處理效果和成本
(1)處理效果
低鹽系統(tǒng) 2012年7月5日開始進水調(diào)試運行，目前已經(jīng)穩(wěn)定運行兩年，在一段時間內(nèi)進水水質(zhì)超出設計水質(zhì)2倍的情況下，都能保證出水水質(zhì)優(yōu)于設計水質(zhì)指標，出水COD平均在10～20mg/l，出水含油量在2.0 mg/l以下。進水負荷達到100%。
濃鹽系統(tǒng) 2012年12月2日開始逐個系列進水運行調(diào)試，2013年1月19日系統(tǒng)出水合格。在氣化廢水水質(zhì)不穩(wěn)定，水量過大的情況下，經(jīng)過幾個月的穩(wěn)定運行，出水持續(xù)保持穩(wěn)定，COD5～10mg/l，出水TDS等指標完全符合設計要求。處理水量最大負荷可達到120%。
蒸發(fā)結晶系統(tǒng) 2013年3月15日開始晶種培養(yǎng)，進行調(diào)試運行，2013年6月26日結晶系統(tǒng)成功出鹽。整個運行過程中。蒸發(fā)、結晶出的蒸餾水COD<20mg/l，總堿度<20mg/l，懸浮物<10mg/l，含鹽量 40～120mg/l，滿足回用要求。受實際來水水量限制，蒸發(fā)結晶系統(tǒng)目前處理水量為30～50m3/h。
(2)成本分析
在整個水處理過程中，主要成本消耗為電、藥劑和蒸汽。三大系統(tǒng)的單位運行成本(不包括人工和折舊)經(jīng)核算分別為：
低鹽系統(tǒng) < 1.0元/ m3
濃鹽系統(tǒng) < 5.0元/ m3
蒸發(fā)結晶系統(tǒng)：20～25元/ m3
技術先進性
國內(nèi)首座成功起運的煤化工污水零排放項目，填補了空白，積累了寶貴經(jīng)驗，將成為示范性工程；
針對不同水質(zhì)分別采用了分質(zhì)預處理工藝，提高后續(xù)構筑物的處理效率和效果；
生化處理核心工藝采用具有自主技術的A/O工藝，該工藝具有工藝先進、處理效果良好、運行穩(wěn)定等優(yōu)點；
濃鹽水處理采用自主研發(fā)的破氰除氟工藝結合膜生物反應器和納濾反滲透工藝，出水水質(zhì)達到回用要求；
蒸發(fā)結晶工藝是在立足于國內(nèi)降膜結晶技術的基礎上與GE公司的機械蒸汽再壓縮技術相結合而形成的新工藝。
充分利用化工設計院的優(yōu)勢，蒸發(fā)結晶系統(tǒng)流程計算精準、配管精細、材料選擇做到經(jīng)濟合理，極大地降低了建設投資。
山西潞安礦業(yè)（集團）有限公司
山西潞安礦業(yè)(集團)有限公司高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項目是山西省標桿項目，是一個煤炭高端轉化、深度轉化的示范項目，生產(chǎn)柴油、石腦油、LPG、F-T蠟、溶劑油等四十余種產(chǎn)品。根據(jù)整體規(guī)劃要求，污水實行全面收集、集中處理，就近回用。上海東碩環(huán)保負責的新建1000t/h煤制油廢水零排放工程，主要包括凈水站、化水站、污水站及循環(huán)水站的水處理，其中污水站包括氣化裝置、合成水處理、生活污水、初期雨水及其他工藝裝置排放的生產(chǎn)污水。為了實現(xiàn)零排放，將污水、化水站排污水及循環(huán)排污水等進行中水回用處理，中水回用產(chǎn)生的濃鹽水(高含鹽)進一步濃縮、蒸發(fā)及結晶處理。
目前該項目現(xiàn)已開始施工，預計2015年建成并投產(chǎn)，將成為世界首家以“四高四低”為鮮明特色的煤化工資源綜合利用循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)，高硫煤煤基多聯(lián)產(chǎn)清潔利用項目世界第一。建成后的水處理站預期能夠滿足廢水污染治理及零排放的目的，產(chǎn)品水的各項指標可達到再生水用作工業(yè)用水水源的水質(zhì)標準，成為現(xiàn)如今我國最大的煤化工廢水的零排放工程。
四、高效鹽濃縮電滲析器(SED)用于煤化工廢水零排放
杭州藍然環(huán)境技術有限公司提出，采用高效鹽濃縮電滲析器(SED)技術對RO濃水再濃縮，將反滲透濃水提濃至含鹽量達到120～200g/L再進入蒸發(fā)器，一般可以將蒸發(fā)水量縮減至原來的1/10～1/3。SED有效地將RO濃水與蒸發(fā)工段相銜接，整個廢水“零排放”工藝鏈的投資以及運行能耗得到了顯著降低。更重要的是高效濃縮電滲析技術由于只濃縮電解質(zhì)，有機物遷移比較少，能確保后續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)的鹽不受COD影響，以晶體形式析出，從而確保整個廢水“零排放”系統(tǒng)運行更加經(jīng)濟、高效和穩(wěn)定可靠。藍然環(huán)境公司已經(jīng)將此項技術成功應用于江蘇某造紙廠40000t/d造紙廢水“零排放”、神華集團17000t/d煤化工廢水“零排放”、浙江華友4000t/d濕法冶金廢水“零排放”、山東國瓷氯化銨廢水“零排放”、紫光化工廢水“零排放”等多個行業(yè)領域。其中浙江華友冶金廢水“零排放”項目24小時不間斷運行達7年之久，產(chǎn)出的再生水100%全部回用于生產(chǎn)，最終結晶干燥的鹽作為工業(yè)原料出售，不但解決了污水問題，出售的工業(yè)鹽的利潤還使得污水處理略有盈利。
SED是以電滲析“電遷移離子”，能將鹽從溶液中分離的理論為基礎，改進了膜及電極等核心部件，使其適用于高鹽水濃縮。在處理高鹽水過程中，濃水室與淡水室中的含鹽量相差很大，一般為20倍以上。此時，普通電滲析器運行時，鹽會從濃水側向淡水側“擴散”；水會從淡水側向到濃水側“滲透”，導致系統(tǒng)濃縮效率很低。藍然公司在這方面做了大量研究，成功開發(fā)出SED技術，最大限度地減小了淡水的“滲透”和鹽的反遷。應用于無機鹽濃縮，可將無機鹽濃度濃縮至200g/L以上，見表2。
SED的膜材料具有交換容量高、電阻低、致密性高的特點，可以有效防止離子和水的反向遷移和滲透;SED采用濃鹽水專用隔板，加長流道防止漏電，采用特殊密封線防止漏水；SED采用板式電極及背接式接線柱，適用于高電流密度的高鹽水處理，電流分布均勻，電極壽命長，防止漏電，安全性能好；SED采用特殊流道模式，相對于其它膜處理工藝，具有更強的抗硬度及COD污染的性能，因此具有更寬泛的進水條件和更節(jié)省的預處理投入；SED系統(tǒng)具有良好的自清洗效果，跟一般脫鹽技術相比，顯著減少了化學藥劑的消耗，同時可以避免或減少向廢水中加酸或阻垢劑等藥劑；SED采用高頻電源，比普通可控硅整流器節(jié)省能耗高達30%以上，并有效防止諧波干擾；SED整個系統(tǒng)全自動控制，基本無需人工操作，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。
煤化工項目通常投資很大，要實現(xiàn)廢水零排放，除克服技術方面的困難外，還需要投入大量資金。通常一個煤化工項目污水處理的投資占整個環(huán)保投資的50%以上。而含鹽廢水的處理成本通常是有機廢水處理成本的幾倍。此前的零排放處理工藝生化部分加深度處理及蒸發(fā)結晶，噸水處理成本在40～50元。而藍然公司通過優(yōu)化工藝過程，加入經(jīng)濟節(jié)能的SED技術后，整個零排放過程噸水處理成本可以控制在20元以內(nèi)，而由于最終濃水水量大大減少，蒸發(fā)投資以及整個廢水零排放工藝部分的投資大大縮減。
神華集團煤化工廢水零排放電滲析工藝段SED進水水質(zhì)見表3。設計產(chǎn)水水質(zhì)為：產(chǎn)水TDS≤3300mg/L；濃水TDS≥10%。電滲析成套設備總體回收率≥85%；脫鹽率≥80%。
表3. 電滲析成套設備設計進水水質(zhì)，mg/L
廢水“零排放”是一套復雜的系統(tǒng)，必須從廢水的水質(zhì)情況入手，詳細調(diào)研廢水水質(zhì)，對于廢水中的各種污染物因子進行長期檢測分析。然后針對廢水的水質(zhì)，采用不同的處理技術組合，并優(yōu)化工藝過程，從而獲得最經(jīng)濟、節(jié)能、運行可靠的廢水處理工藝技術。
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